设备健康评价模型中AHP 模糊综合评判法探索

蒋东凯

（陕西中烟工业有限责任公司宝鸡卷烟厂，陕西 宝鸡 721000）

1 引言

近年来，“十三五”规划使整个工业生产体系进入全新的水平。仓库作为卷烟工厂的核心组成部分，是连接客户、供应链和制造业的重要部分。堆垛机是卷烟工厂仓库的重要设备之一，其健康状态的优劣决定了仓库的运作效率，因此设备健康状态评价方法及其应用成为国内外学者的重要研究课题。

目前，常见的健康评价模型建立方法有层次分析法、熵权法、模糊综合评判法、TOPSIS 模型、灰色关联分析、贝叶斯网络法等。

由于设备的各个性能状态存在关联性，且设备的健康状态具有一定的模糊性，难以量化处理，因此本文将AHP 与模糊综合评判法相结合来建立评价模型。AHP是用来确定各评价因素的权重，而模糊综合评判法处理设备的健康状态模糊性以及难以量化的问题，两者结合对设备健康状态做出合理评价。

2 AHP 模糊综合评判模型

2.1 基本概念

2.1.1 层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）

AHP 是由美国运筹学家T.L.萨迪教授在20 世纪70 年代初提出，是一种解决影响因素较多的复杂问题的方法，也是一种定性和定量相结合的决策分析方法。该方法首先定性分解需解决的问题，然后定量评价已分解的部分，最后综合各部分的评价结果，从而对问题进行科学决策。其基本步骤如下：

（1）建立阶梯层次结构模型。根据待解决问题各要素之间的相互关系，对其进行层次划分，建立层次结构模型。

（2）构造比较判断矩阵。以上一层次要素为准则，将同一层次的各要素进行两两比较，确定出各要素的相对重要程度，构造比较判断矩阵。

（3）计算单一准则下要素的权重，并进行一致性检验。

（4）计算各层次要素的组合权重。

2.1.2 模糊综合评判法（Fuzzy Comprehensive Evaluation, FCE）

模糊综合评判法是以模糊数学为基础，基本思想是应用模糊线性变换原理和隶属度理论，将一些不易定量的因素定量化，对被评价对象进行综合性的评判。考虑评判因素的多少，模糊综合评判法可分为单级模糊综合评判和多级模糊综合评判。

（1）单级模糊综合评判

单级模糊综合评判法的步骤如下：

①确定评判因素集U

评判因素集，由评判对象的评判因素组成的集合，记为U={u1,u2,…,um}，且满足：

②确定评语集V

评语集，由评判对象的评判结果组成的评语的集合，记为V={v1,v2,…,vn}。

③确定因素的权重A

权重是衡量因素集中各因素的相对重要程度，权重的确定方法有很多，在实际运用中常见的方法有：Delphi 法、专家调查法和层次分析法。

④确定模糊综合判断矩阵

应用模糊数学理论，建立评判因素集到评语集的模糊关系，构成了模糊关系矩阵R：

⑤综合评判

模糊综合评判，进行矩阵合成运算，得出了综合评判集B：

（2）多级模糊综合评判

在问题较为复杂，因素较多时，单级模糊综合评判往往不能给出较为满意的结果，为提高精度，需要采用分层的办法来解决问题，即采用多级模糊综合评判。

多级模糊综合评判的基本思想如下：

①将影响评判对象的各个因素按属性分类，根据属性分类构建阶梯层级因素集。

②对较低层次的各因素进行单因素评判，得出评判结果。

③依据层次关系进行上一层次各个因素的综合评判，即以低层级的评价结果作为上一层次的因素集的单因素评判，建立该层次的模糊关系矩阵，经过计算得出评判结果。

④由此类推，根据需要可以得到二级、三级、…、n 级模糊综合评判，如此可得到多级模糊综合评判结果。

2.2 评价体系构建

能够反映设备运行状况的因素有很多，对于堆垛机来讲，可将设备分为行走部分、升降部分、货叉部分、控制部分、安全装置部分等指标。根据宝鸡卷烟厂实际运行情况，本文选择以下指标进行评价体系构建。

2.3 评价步骤

2.3.1 确定评判因素集

评判因素集如表2 所示。

因素集U 分为三层：

第一层为U={u1,u2,u3,u4,u5}

第二层为u1={u11,u12,u13,u14,u15}；u2={u21,u22,u23,u24,u25}；u3={u31,u32}；u4={u41,u42,u43}；u5={u51,u52,u53,u54}

第三层为u13={u131,u132}；u14={u141,u142,u143,u144}

2.3.2 确定评语集

表1 评价指标体系

表2 评判因素集

表3 评语集及分值范围

表4 评价因素权重

设评语集V={v1,v2,v3,v4}，即堆垛机健康状态的四个等级的集合，分别表示“正常”、“注意”、“异常”、“严重”。根据以上原则确定评判集及取值。具体如下表所示。

说明：评判集正常、注意、异常、严重四个档次的取值区间根据管理要求确定。

2.3.3 确定各层因素的权重

运用层次分析法确定各层因素权重，设总目标层为X；一级因素为Y1行走部分、Y2升降部分、Y3货叉部分、Y4控制部分、Y5安全装置部分；二级因素为Zij(i=1,2,3,4,5)；三级因素为Wijk(i=1,2,3,4,5)。

2.3.4 确定因素评判矩阵

通过卷烟工厂设备管理专家经验得到各因素的模糊综合评判矩阵R。

2.3.5 模糊综合评判

（1）分层综合评判

建立综合评判矩阵，从第三层开始，根据式（1）采用加权平均型合成运算，可得u13和u14综合评判集B13和B14，以此类推，计算出第二层的综合评判集Bi（i=1,2,3,4,5）。

（2）高层次的综合评判

将每个Ui看作一个因素，构成一个新的因素集K，K 的单因素评判矩阵为RK=(B1，B2，B3，B4，B5)T。每个Ui作为U 的部分，反映了U 的某种属性，根据它们的权重分配和式（1）得到最终的评判集。

3 模型实例应用

卷烟工厂设备管理专家得到各因素的模糊综合评判矩阵，运用层次分析法得出各因素的权重。

将1#堆垛机2019 年12 月9 日至2019 年12 月15日的各项统计数据按照综合评价体系进行评价，利用评估模型综合计算得出堆垛机的健康状况。

4 结语

通过对宝鸡卷烟厂的堆垛机的运行状态进行健康评价，评价结果在一定程度上验证了评价方法的有效性，同时为卷烟工厂的设备维修提供科学、合理的决策支持。从而提高设备投资效益、降低设备使用成本，推进设备管理精益化，实现设备健康状态可控。运用科学的综合评价方法判断设备的健康状态对设备维护具有重要的指导意义和现实意义。